HU230909B1

HU230909B1 - Current-limiting overcurrent device and interrupter at the same time to automatically protect electrical equipment

Info

Publication number: HU230909B1
Application number: HU1400006A
Authority: HU
Inventors: Morva György dr.; Bálint Iványi; Róbert Császár; Ferenc Gyula Czeglédy
Original assignee: Morva György dr.; Bálint Iványi; Róbert Császár; Ferenc Gyula Czeglédy
Priority date: 2014-01-03
Filing date: 2014-01-03
Publication date: 2019-03-28
Also published as: HUP1400006A1

Description

Kapcsolási elrendezés túláram korlátozó és egyben megszakító készülékhez villamos berendezések automatikus védelméreSwitching arrangement for overcurrent limiter and circuit breaker for automatic protection of electrical equipment

Találmányunk minimális alkatrészt. tartalmazó kapcsolási elrendezés táláram korlátozó és egyben megszakító készülékhez villamos berendezések automatikus védelmére.The present invention is a minimal component. circuit arrangement for bowl current limiting and interrupting device for automatic protection of electrical equipment.

Ismeretes, hogy a villamos erőátviteli rendszerekben, illetve a fogyasztói oldalon egyaránt komoly gondot okozhatnak a hirtelen fellépő, üzemi órámnál nagyságrenddel nagyobb túláramok, amelyek elsősorban zárlati áramok. A berendezések védelmének feladata a káros nagyságú áramoknak a mielőbbi felismerése és megszakítása.It is known that sudden overcurrents of an order of magnitude larger than my operating hours, which are mainly short-circuit currents, can be a serious problem both in electrical power transmission systems and on the consumer side. The task of equipment protection is to detect and interrupt harmful currents as soon as possible.

A HU-1.68034 iaistromszámú, 1975-ben közzétett szabadalom leírásában Györgyi Viktor feltaláló közép- és nagyfeszültségű villamoshálózatok zárlatvédelmére vezérelt zárlatkorlátozó fojtótekercset tartalmazó kapcsolási elrendezést ismertet. Ebben az önmagában csak zárlatkorlátozásra alkalmas megoldásban a fojtótekercs főáramköri és negatív csatolású ellengerjesztő tekercseket tartalmazó legalább két oszlopos vasmagra kialakított bonyolult kialakítású tekercsrendszer. A kapcsolásban az ellengerjesztő tekercsekkel tekercsenként sorosan kötött antiparallel tirisztorpár van kötve. A kapcsolás úgy működik, hogy a túláram fellépésének áramváltón keresztül történő érzékelésekor a tirisztorokat bekapcsolja és ezáltal a tekercsekben az áram irányt változtat, miáltal a vasmag feirnágneseződík és nagy induktivitásával a zárlati áramot korlátozza. Közép- és nagyfeszültségű hálózatok esetén az ellengerjesztő tekercsek számának az alkalmazott tirisztorokhoz kell illeszkednie. Az ismertetett megoldás hátránya, hogy a zárlati áram korlátozása csak a zárlati áram fellépése után következik be, tehát egy kezdeti nagyáramú impulzus létrejön. A sok elemes, bonyolult kapcsolási elrendezés meghibásodási valószínűsége magas.In the description of the patent HU-1.68034, published in 1975, the inventor Viktor Györgyi describes a circuit arrangement comprising a short-circuit limiting choke controlled for short-circuit protection of medium and high-voltage electrical networks. In this solution, which is in itself only suitable for short-circuit limitation, the choke coil is a complicated coil system formed on at least two columns of iron core with main circuit and negatively coupled booster coils. In the circuit, a pair of antiparallel thyristors connected in series with the booster coils are connected. The circuit works by turning on the thyristors when it detects the occurrence of an overcurrent through a current transformer and thereby changing the direction of the current in the coils, thereby limiting the short-circuit current with the high magnetic inductance charges and high inductance of the iron core. For medium and high voltage networks, the number of boost coils must match the thyristors used. The disadvantage of the described solution is that the short-circuit current is limited only after the short-circuit current has occurred, so that an initial high-current pulse is generated. The probability of failure of many-element, complex switching arrangements is high.

rkz US Patent 5,726,848 számú szabadalmi leírásból túláramkorlátozó és váltakozó áramú megszakító kapcsolási elrendezését ismerteti Heinrich J. Boeníg feltaláló. A kapcsolási elrendezésben egyenirányító hídba kötött tirisztorok és az egyenáramú körbe helyezett tekercs van. Ez a megoldás a zárlati áram kezdeti nagyáramú impulzusának létrejöttét meggátolja, azt azonnal korlátozza és a kört egy periódus alatt megszakítja. Az ismertetett megoldás az üzemszerű állapotban is folyamatosan működő bonyolult vezérlést igényel, amely nemcsakrkz U.S. Patent No. 5,726,848 discloses a circuit arrangement for an overcurrent limiter and an AC circuit breaker by inventor Heinrich J. Boenig. The circuit arrangement includes thyristors connected to a rectifier bridge and a coil placed in a DC circuit. This solution prevents the generation of an initial high-current pulse of the short-circuit current, limits it immediately, and interrupts the circuit during a period. The described solution requires a complex control that works continuously even in the operational state, which is not only

SZTNH-1001 «4897 drága, hanem a hibalehetőséget növeli. További problémát jelent, hogy a megoldás a hídban lévő két áramhurokban lévő tirisztorok paraméterszórásából eredő aszimmetrikus áramelosziásra érzékeny, amely fellépését ezért a gyakorlatban ei kell kerülni célszerűen költséges egyedi méretezésű kiegészítő elemek alkalmazásával. A bonyolultság és költségesség a szokásos három fázis esetén jelentős tényező.SZTNH-1001 «4897 is expensive, but it increases the possibility of errors. A further problem is that the solution is sensitive to asymmetric current distribution resulting from the parameter scattering of the thyristors in the two current loops in the bridge, the occurrence of which should therefore be avoided in practice by expediently using expensive custom-sized additional elements. Complexity and cost are a significant factor for the usual three phases.

A Northeastern University USA,MA és a Mersen USA Newburyport-MA, LLC USA, MA jogosultok részére WO 2013 / 176787 A1 szám alatt közzétett szabadalmi leírásban olyan zárlati áramkorlátozót ismertetnek , amely megakadályozza a zárlat utáni kezdeti nagyáramú impulzus létrejöttét a tápvezetéken. Ez a zárlati áramkorlátozó tartalmaz egy trunszformátoros mágneses csatoló áramkört a tápvezeték áramának folyamatos megfigyelésére és korlátozására, egy a tápvezeték áramát a mágneses csatoláson kereresztül érzékelő és az így érzékeit áramot jelző jelet kibocsátó áramkört, továbbá egy irányító áramkört, amely az érzékelt áramot jelző jel szintje alapján az áramot egy párhuzamosan kapcsolt a zárlati áramot korlátozó kisütő impedanciás áramkört tartalmazó nagy impedanciás illetve egyedi fojtó tekercses áramkört és kapcsoló egységet tartalmazó kisimpedancíás két külön áramút valamelyikére irányítja. Ez az állandósult állapotú normál üzemre és a zárlati vagy túlterheléses üzemre szétválasztott külön két áramutat biztosító kapcsolási elrendezés önmagában kizárólag a zárlati áram korlátozására alkalmas, megszakításra nem, és bár a túláramkorlátozásnak köszönhetően alacsony költségű, kisméretű megszakító készülékkel kiegészíthető, de az a korlátozóval szinkronban történő bonyolult vezérlést igényel. További hátrányaként jelentkezik, hogy önmagában az áramkorlátozó is bonyolult, mivel üzemmódonként külön áramútokat és így sok alkatrészt tartalmaz, továbbá állandósult állapotú normál üzemmódban a mágneses transzformátoros csatolás miatt a veszteségnek tekinthető energiafogyasztás már önmagában számottevő, amelyet a kisimpedancíás kör fojtótekercse tovább növel.U.S. Pat. No. WO 2013/176787 A1 to Northeastern University USA, MA and Mersen USA Newburyport-MA, LLC USA, MA discloses a short-circuit current limiter that prevents the generation of an initial high-current pulse in the supply line after a short circuit. This short-circuit current limiter comprises a transformer magnetic coupling circuit for continuously monitoring and limiting the current in the supply line, a circuit for sensing the current of the supply line through the magnetic coupling and outputting a signal indicating the current, and a control circuit for detecting the sensed current. the current is directed to one of two separate current paths comprising a high impedance or a single choke coil circuit and a switching unit comprising a short-circuit current limiting discharge impedance circuit connected in parallel. This separate circuit arrangement, which provides separate two-current paths for steady-state normal operation and short-circuit or overload operation, is in itself only suitable for limiting short-circuit current, not interrupting, and although it can be supplemented with a low-cost, small circuit-breaker due to overcurrent limitation. requires control. A further disadvantage is that the current limiter itself is complicated, as it contains separate current paths and thus many components per mode, and in the steady state normal mode, the energy consumption due to magnetic transformer coupling is already significant, which is increased by the low impedance circuit.

Tsukushí Hara és társai, mindannyian Japán, az US Patent 5,4.14, 586 A szórná szabadalmi leírásban szupravezetős zárlati áramkorlátozó eszközt ismertetnek, amely megakadályozza a zárlat utáni kezdeti nagyáramú impulzus létrejöttét a tápvezetéken. Ez az áramkorlátozó három, első, második és harmadik egymással koaxiálisán rendezett szupravezető tekercset tartalmaz, úgy, hogy a második szupravezető tekercs az első számú szupravezető tekerccsel negatív mágneses csatolást alakít ki, a harmadik koaxiális szupravezető tekercs negatív mágneses csatolást alakít ki a második szupravezető tekerccsel és pozitív mágneses csatolást alakít ki az első szupravezető tekerccsel.Tsukushí Hara et al., All of Japan, U.S. Patent 5,4.14, 586 A, which discloses a superconducting short-circuit current limiting device that prevents the generation of an initial high-current pulse after a short circuit in the supply line. This current limiter comprises three, first, second and third superconducting coils arranged coaxially with each other, such that the second superconducting coil forms a negative magnetic coupling with the first superconducting coil, the third coaxial superconducting coil forms a negative magnetic coupling and the second superconducting coil forms a negative magnetic coupling. creates a positive magnetic coupling with the first superconducting coil.

A megoldás hátránya, hogy bonyolult mivel sokelemes, zárlati üzemmódban gyors működésű kapcsolóval a harmadik tekercset külön áramúiba kapcsolja továbbá a szupravezetést működési mádhoz hűtést igényel, miáltal felhasználási területe korlátozott.The disadvantage of this solution is that it is complicated because it connects the third coil to separate currents with a multi-element, short-circuit mode in short-circuit mode and also requires cooling of the superconductor to the operating mode, thus its field of application is limited.

A fenti technika állásában ismertetett áramkorlátozó megoldások mindegyike tartalmaz induktivitást, normál üzemmódban veszteséget jelentenek. Mindegyike bonyolult, sokelemes és költségigényes, miközben hibalehetősége magas kockázatot jelent.Each of the current limiting solutions described in the prior art includes an inductance, a loss in normal operation. Each is complex, multi-element and costly, while the possibility of error is high risk.

Célul tűztük ki egy olyan gyors működésű túlórám korlátozó kapcsolási elrendezésének megoldását, amely fojtótekercset tartalmaz, minimális alkatrész felhasználásával egyszerű kialakítású és így alacsony költségű előállítása mellett működtetése megbízható, miáltal alkalmazása költség hatékony.The aim is to provide a limiting circuit arrangement for a fast-acting overtime that includes a choke coil, is simple in design with minimal components, and is therefore reliable to operate at low cost, making its application cost-effective.

Megoldásunkhoz az vezetett, hogy felismertük, hogy két vezérelt szilárdtest kapcsolóelem és ikerfojtó alkalmazásával egyetlen egyenáramú hurokkal zárlati áram kezdeti nagyáramú impulzusának létrejöttét meggátoló és azt azonnal korlátozó túláram korlátozó és ugyanezekkel az áramköri elemekkel egyben megszakító kapcsolási elrendezés valósítható meg, ahol a kapcsolóelemek paraméterszórása aszimmetriát nem okoz és az áramkorlátozásban az ellengerjesztés is hasznosul, miközben a felhasznált áramköri elemek száma a minimálisra csökkenthető.Our solution was to realize that by using two controlled solid state switching elements and a twin choke, a switching arrangement can be implemented which prevents the generation of an initial high current pulse of a short-circuit current with a single DC loop and immediately limits it. and current limitation also utilizes boost while minimizing the number of circuit elements used.

Találmányunk zárlati áram kezdeti nagyáramú impulzusának létrejöttét meggátoló és azt azonnal korlátozó túláram korlátozó és egyben megszakító készülék új, minimális alkatrészt tartalmazó kapcsolási elrendezése.The present invention relates to a new circuit arrangement comprising a minimal component for an overcurrent limiting and interrupting device which prevents and immediately limits the generation of an initial high-current pulse of a short-circuit current.

Találmányunk legáltalánosabb megoldása az 1. főigénypont szerinti. Találmányunk egy előnyös megvalósítási módja a 2. igénypont szerinti.The most general solution of the invention according to the main claim 1. A preferred embodiment of the invention is according to claim 2.

Találmányunkat a továbbiakban részletesen az ábrák alapján ismertetjük.The invention will now be described in more detail with reference to the figures.

Az 1. ábra a találmány kialakítását mutatja.Figure 1 shows an embodiment of the invention.

A 2/a. ábra a találmány működésének szemléltetése állandósult állapotban.A 2 / a. Figure 5 illustrates the operation of the invention in a steady state.

A 2/b. ábra a találmány működésének szemléltetése a terheléscsökkenés pillanatától.A 2 / b. Figure 5 illustrates the operation of the invention from the moment of load reduction.

A 3, ábra a találmány egy az azonnali lekapcsolást megvalósító esetére vonatkozó a 2. igénypont szerinti, előnyös kialakítását mutatja.Figure 3 shows a preferred embodiment of the invention according to claim 2 for a case of immediate disconnection.

A 4. ábra a „C vezérlőegység blokkvázlatát mutatja.Figure 4 shows a block diagram of the control unit C.

Az 1, ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés kialakítását mutatja. Az 1. ábráról láthatjuk, hogy a találmány szerinti kapcsolási elrendezés négy fő részből tevődik össze, ahol: „C a vezérlőegység, amely „ül és „U2 szilárdtest kapcsolóelemet vezérli, valamint „F, ami egy ikerfojtó. Az „F ikerfojtónak két, egymással teljesen azonos menetszámú, és keresztmetszetű tekercse van, áttétele 1:1, lemezeit vasmagra tekercselve, az„F ikerfojtó ,, NI, N2tekercseinek gerjesztési iránya azonos, illetve „AV áramváltó, amelyen keresztül „C vezérlőegység minden időpillanatban figyeli „A „B pont között folyó áramot.Figure 1 shows an embodiment of a switching arrangement according to the invention. It can be seen from Figure 1 that the switching arrangement according to the invention consists of four main parts, where: “C is the control unit which“ sits and “controls the solid state switching element U2” and “F” which is a twin choke. The twin choke F has two coils of exactly the same number of turns and cross section, 1: 1 ratio, wound on its iron core, the excitation direction of the coils NI, N2 of the twin choke F is the same, and the AV current transformer through which control unit C is present at all times monitors the current flowing between point “A” B.

„Ul kapcsolóelem katódja „F ikerfojtó „NI tekercsének végéhez csatlakozik. „NI tekercs kezdete az „A” ponthoz kapcsolódik, ahová „F ikerfojtó „N2 tekercsének vége kapcsolódik, „ül kapcsolóelem anódja „B ponttal van összekötve, mely kapcsolódik „U2 kapcsolóelem katódjával. „U2 kapcsolóelem anódja „F ikerfojtó „N2 tekercsének kezdetével van összekötve. „Ul és ,,U2 kapcsolóelem vezérlőelektródája „C vezérlőegységhez kapcsolódik. „AV áramváltó az „A pontról érkező áramvezetővel szoros mágneses csatolásban van, „AV áramváltó szekunder oldala pedig közvetlenül kapcsolódik „C vezérlőegységgel. Az „AV áramváltóról érkező jel segítségével a „C vezérlőegység egyben elláthatja a nullátmenet detektálás feladatát.The cathode of the switching element Ul is connected to the end of the NI coil of the twin choke. “The beginning of coil NI is connected to point“ A ”, where the end of coil“ N2 ”of twin choke“ F ”is connected,“ the anode of a sitting switch is connected to point “B, which is connected to the cathode of switch element U2. The anode of the "U2 switching element" is connected to the beginning of the N2 coil of the "twin choke". "Control electrode U1 and ,, U2 switching element" is connected to control unit C. “The AV current transformer is in close magnetic coupling with the current conductor from point A, and the secondary side of the AV current transformer is directly connected to the“ C ”control unit. With the help of the signal from the "AV current transformer", the control unit "C" can also perform the function of zero transition detection.

A találmány „A és ,,B pontja sorosan kell, hogy illesztve legyen a fázisvezetővel tápvezetékbe,-4 egyfázisú rendszer esetén. Háromfázisú rendszer esetén minden fázisvezetővel tápvezetékbe sorosan be keli illeszteni az „1. ábra szerinti elrendezést. Az „A és „B pontra kapcsolható feszültség az „F ikerfojtó szigetelése, illetve „Ul és „U2 kapcsolóelemtől függ. A találmány működési elve frekvenciától független.Points "A" and "B" of the invention must be connected in series with the phase conductor in the supply line, -4 in the case of a single-phase system. In the case of a three-phase system, each phase conductor must be connected in series to the supply line. the arrangement shown in FIG. The voltage that can be connected to points "A" and "B" depends on the insulation of the twin choke "F" and the switching elements "U1 and" U2. The principle of operation of the invention is frequency independent.

A 2/a. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés működésének szemléltetése állandósult állapotban.A 2 / a. Fig. 5 illustrates the operation of the switching arrangement according to the invention in the steady state.

A találmány működési elvének szemléltetéséhez szükséges „VI szinuszosan váltakozó feszültségű feszültséggenerátor, mely a hálózatot szimulálja, valamint „Zl impedancia, mely az esetleges fogyasztót jelképezi, illetőleg „11 és „12 egyenáramú áramgenerátor, amely az. 1. ábrán látható „F ikerfojtó „NI és ,,N2 tekercsét helyettesíti állandósult állapotban.To illustrate the principle of operation of the invention, it is necessary to have a sinusoidal alternating voltage generator VI simulating the network and an impedance Z1 representing the potential consumer, and a DC generator 11 and 12, respectively. The “twin choke” “F” shown in Fig. 1 replaces the coils NI and ,, N2 in the steady state.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés a következők szerint működik a 2/a ábra alapján. „12 valamint „II áramgenerátor árama és áramának iránya megegyező a „Dl hurkon belül. „VI feszültséggenerátor nullátmenetekor az egyedüli áram, amely folyik az a „Dl hurokban, „Ul és „U2 kapcsolóelemen keresztül történik, és egy teljesen önálló, zárt hurkot alkot. Amennyiben „VI feszüítséggenerátor a találmány szerinti kapcsolási elrendezés „A pontja felé néző oldalán pozitívabb lesz a feszültség, mint a „B ponton, „11 áramgenerátor árama a „VI feszültséggenerátor feszültségváltozási sebességével arányosan, „D2 hurokban kezd el folyni, azaz szinuszosan emelkedve. „12 áramgenerátor, hogy az áramát „Dl hurokban állandó értéken tartsa, a saját magán eső feszültségét úgy változtatja, hogy az minden időpillanatban nagyobb legyen, mint „VI feszültséggenerátor feszültsége. Ezáltal elmondható, hogy „Ul illetve „U2. kapcsolóelem ebben az ideális elrendezésben folyamatosan vezető állapotban van, sosem esik rajtuk nagyobb feszültség, mint a saját működésükből kifolyólag létrejövő szaturációs feszültség állandósult állapotban.The switching arrangement according to the invention operates as follows according to FIG. 2 / a. „12 and„ Current and current of current generator II are the same within loop „Dl. At the zero transition of the voltage generator VI, the only current that flows in the loop “D1,” U1 and “U2” forms a completely independent, closed loop. If the voltage on the "A" side of the "voltage generator VI according to the invention" according to the invention becomes more positive than on the "B", the current of the current generator 11 starts to flow in loop D2, i.e. rising sinusoidally, in proportion to the voltage change rate of the voltage generator VI. “Current generator 12, in order to keep its current constant in loop“ D1, changes its own private voltage voltage so that it is greater at all times than the voltage of voltage generator VI. Thus, it can be said that “U1 and“ U2. in this ideal arrangement, the switching element is in a continuously conductive state, never having a higher voltage than the saturation voltage due to their own operation in a steady state.

Zárlat, vagy túlterhelés esetén a találmány másképpen viselkedik az állandósult állapothoz képest, ehhez a 2/b ábra szolgál alapul. Az ábrán „R2 tekercsellenállás illetve „Rl”tekercsellenállás az „F ikerfojtó „NI tekercsének illetve ,,N2 tekercsének veszteségét szimulálja. Feltételezve, hogy a zárlat akkor történik, amikor „VI feszültséggenerátor „A” pont felöli oldala pozitívabb, mint a „B pont felöli oldal, és „Zl impedancia értéke lecsökkenése a „D2 hurokban hirtelen növekvő áramot idézne elő, „ül kapcsolóelem lezár, mivel „12 áramgenerátor a valóságos esetben nem képes a saját feszültségét „VI feszültséggenerátor csúcsfeszültsége fölé emelni. „12 áramgenerátor árama „R2 tekercsellenálláson keresztül folyik tovább, „11 áramgenerátor pedig a terheléscsökkenés pillanatában sorosan kapcsolódik „VI feszültséggenerátorral, ,,U2 kapcsolóelemmel, valamint „Zl jelen esetben csökkenő impedanciával. Ebben az esetben „RÍ tekercsellenállás értéke sem állandó, a változásának sebessége, ha a valós „F ikerfojtó egyik tekercsét nézzük, akkor a teljes körben található induktivitásokból és egyenáramú ellenállásokból számolható R-L körének lesz megfelelő, de főként az „F íkerfojtó induktivitása befolyásolja. Tehát „II áramgenerátor árama fog folyni a terheléscsökkenés pillanatában, mely megegyezik, a normál üzemállapot áramfel vételével. Amennyiben ezzel a paraméterrel magára hagyjuk az áramkört, az áram az előzőekben említett sebességű felfutással eléri a maximális értéket, amely „VI feszüítséggenerátor feszültségétől, „Vl“ feszüítséggenerátor saját belső impedanciájától, a hibahelyí impedanciától, valamint a körben található egyéb, az áram értékét korlátozó soros elemektől függ. „Dl” hurok mindkét oldala egyforma, így „II és „12 áramgenerátor felváltva, „VI feszültséggenerátor ellentétes félperiódusainak megfelelően ikta födik be sorosan a körbe.In the event of a short circuit or overload, the invention behaves differently from the steady state, on which Figure 2 / b serves as a basis. In the figure, the coil resistor R2 and the coil resistor "R1" simulate the loss of the coil NI coil "F1" and the coil "N2". Assuming that the short circuit occurs when the “A” side of the voltage generator VI is more positive than the “B” side and “a decrease in the impedance value of Z1 would cause a sudden increase in current in loop D2,” the sitting switch closes because „Current generator 12 is not able to raise its own voltage in real case„ Voltage of voltage generator VI above. The current of the "current generator 12" continues to flow through a coil resistor R2, and the current generator "11" is connected in series with the voltage generator "VI", the "switching element U2" and the "impingance" Z1 in the present case at the moment of load reduction. In this case, the value of the coil resistor R1 is not constant either, the rate of its change, if one of the coils of the real twin choke F is considered, will correspond to the R-L circuit calculated from the full-range inductors and DC resistors, but mainly influenced by the inductor inductor F. Thus, the current of the current generator II will flow at the moment of the load drop, which is the same as the current consumption of the normal operating state. If the circuit is left with this parameter, the current will reach the maximum value at the above-mentioned speed rise, which depends on the voltage of the voltage generator VI, the internal impedance of the voltage generator Vl, the impedance at the fault location and other series-limiting current circuits. depends on the elements. Both sides of the loop “D1” are the same, so that the current generators “II” and “12” alternately, in line with the opposite half-periods of the voltage generator “VI” are covered in series.

ss

Az elrendezés másik fő eleme az 1. ábra szerinti „C vezérlőegység, ennek segítségével indítható az áramkör, valamint ez képes érzékelni és felismerni a túlterhelést, illetve zárlatot „AV áramváltó által mért, az „A- „B pont közt folyó árammal arányos jel segítségével. Amennyiben „C vezérlőegység az „AV áramváltó által mért értéket magasnak találja, a „C vezérlőegység megszünteti „Ul és „U2 kapcsolóelemek vezérlőjellel való ellátását, azokat zárt állapotba teszi, ezzel pedig megszakad az „A „8 pont folytonossága, az áramkört megszakítja.The other main element of the arrangement is the control unit "C" according to Fig. 1, which can be used to start the circuit and to detect and detect overload or short circuit by means of a signal measured by the AV current transformer, proportional to the current flowing between points "A-" . If the control unit "C" finds the value measured by the current transformer AV high, the control unit "C" ceases to supply the control signal U1 and U2, puts them in a closed state, thus interrupting the continuity of point "A" 8, interrupting the circuit.

Az 1. ábra szerinti kapcsolási rajznál ismertetett „Dl és „U2” kapcsolóelem többféle elven működő félvezető alkatrész lehet. Ezek elsődlegesen lehetnek tirisztorok, melyek főként kapcsolóüzemben, vezéreit egyenirányítóként vannak jelen a körben. Amennyiben „Ul és „U2 kapcsolóelemként tirisztorok vannak betéve, a „C vezérlőegységnek minden áram nullátmenetnél gyújtóimpulzust kell adnia „Ul és „U2 vezérlőelektródájára. A tirisztorok az impulzus után az adott félperiódus maradék idejéig nyitott állapotban maradnak. Zárlat pillanatában viszont, attól függően, hogy milyen félperíódusban történt, az egyik tirisztor zárt állapotba kerül, beiktatva az „F íkerfojtó „NI vagy ,,N2 tekercsét sorosan a körbe, majd a következő félperiódusokban attól függően, hogy „C vezérlőegység magasnak találja-e az „AV áramváltó által mért értéket, megszünteti „Ul és „U2 jelen esetben tirisztorok, vezérlőelektródájára küldött gyújtóimpulzusok adását. Az „Ul és „U2 kapcsolóelemek vezérlőjelét, és a jel paramétereit, ami magában foglalja a felfutási és lefutási időket, a jel időtartamát, amplitúdóját, a tirisztorok adatlapja tartalmazza, mely a gyártónál elérhető.The switching element "D1 and" U2 "described in the circuit diagram of Fig. 1 can be a semiconductor component operating on several principles. These can be primarily thyristors, which are present in the circuit mainly in switching mode, as controlled rectifiers. If thyristors are inserted as switching elements U1 and U2, control unit C must apply an ignition pulse to the control electrodes U1 and U2 at each current zero transition. After the pulse, the thyristors remain open for the remainder of the given half-period. However, at the moment of short-circuiting, depending on the half-period, one of the thyristors is closed by inserting the coil NI or ,, N2 of the "choke" F in series, and then in the following half-periods, depending on whether the control unit C finds it high the value measured by the "AV current transformer" eliminates the transmission of "U1" and "U2" thyristors in this case, the ignition pulses sent to its control electrode. The control signal of the "U1" and "U2" switching elements, and the signal parameters, which include the rise and fall times, the duration and amplitude of the signal, are contained in the data sheet of the thyristors, which is available from the manufacturer.

Találmányunk egy a 2. igénypont szerinti előnyös megvalósítási módjában az szilárdtest kapcsolóelemek „Ql” és ,,Q2 szigetelt kapujú bipoláris tranzisztorok, amelyek esetében eltér ,,C vezérlőegység által szolgáltatott vezérlőjel a tirisztoros változathoz képest. A szigetelt kapujú bipoláris tranzisztorok ugyanis nemcsak kapcsolóüzemben működőképesek, emiatt „C vezérlőegység normál üzemi körülmények között, a beépített szigetelt kapujú bipoláris tranzisztorok gyári paramétereinek megfelelő egyenfeszültséget ad ki. A kikapcsolás is másképpen történik, ugyanis a szigetelt kapujú bipoláris tranzisztor kikapcsolható akár az árammaximum idején is, ennek egy nem várt előnye, hogy megoldható az azonnali, pillanatkikapcsolásos megszakítás is.In a preferred embodiment of the invention, the solid state switching elements "Q1" and "Q2" are insulated gate bipolar transistors in which the control signal provided by the control unit C is different from the thyristor version. This is because bipolar transistors with insulated gates are not only able to operate in switching mode, therefore “control unit C emits a DC voltage according to the factory parameters of the built-in insulated gate bipolar transistors under normal operating conditions. Switching off is also done differently, as the bipolar transistor with insulated gate can be switched off even at the time of the maximum current, an unexpected advantage of this is that the immediate, momentary switch-off can also be solved.

A 3. ábra a találmány egy az azonnali lekapcsolást megvalósító esetére vonatkozó a 2. igénypont szerinti, előnyős kialakítását mutatja.Figure 3 shows a preferred embodiment of the invention according to claim 2 for a case of immediate disconnection.

Az ábrán Iáhatjuk, hogy a szilárdtest kapcsolóelemek a „QI és „Q2 szigetelt kapujú bipoláris tranzisztorok és az „F ikerfojtó „NI és „N2 tekercsei a velük párhuzamosan kötött „Dll és „DÍ2 diódákhoz is kapcsolódnak oly módon., hogy az egyik „Dll dióda anódja az „F ikerfojtó közös kivezetéséhez, katódja az egyik „Q.1” szigetelt kapujú bipoláris tranzisztor negatív sarkát képező emitterhez kapcsolódik, a másik „D12 dióda katódja az ,.,F ikerfojtó közös kivezetéséhez, anódja a másik „Q.2 szigetelt kapujú bipoláris tranzisztor pozitív sarkát képező ko 11 e kt o r h o z ka p cs ο I ó d i k.In the figure, it can be seen that the solid-state switching elements of the insulated gate bipolar transistors Q1 and Q2 and the coils NI and N2 of the twin choke are also connected to the diodes D11 and D2 connected in parallel so that one of the diodes D11. the anode of the diode is connected to the common terminal of the twin choke, its cathode is connected to the emitter forming the negative corner of one of the insulated gate bipolar transistors “Q.1”, the cathode of the other diode D12 is to the common terminal of the twin choke, the anode is the insulated Q.2 for the positive corner of the gate bipolar transistor ko 11 e kt or ka p cs ο I ó di k.

itt látható „Dll és „DI2” diódák üzemi esetben zárt állapotban vannak. Zárlat esetén, amennyiben ebben az elrendezésben van megépítve a találmány, a „C” vezérlőegység azonnal kikapcsolja „Ql és „Q2 szigetelt kapujú bipoláris tranzisztorokat, ez az előzőekben említett, hirtelen feszültségugrással jár az „F íkerfojtó mindkét „NI és „N2 tekercsében. Hogy ez, a tekercsben tárolt energia miatt létrejövő feszültségnövekedés ne álljon elő, „Dll és „DI2 diódák párhuzamosan kapcsolódnak „F ikerfojtó „NI illetőleg „N2 tekercsével, és „Ql illetve „Q2 szigetelt kapujú bipoláris tranzisztorok kikapcsolásakor nyitóirányban lesznek előfeszítve, így „F íkerfojtó teljes tárolt energiája az áramkörön belül eldisszipálódík. Ezzel egy olyan áramkör nyerhető, mely úgy képes hirtelen megszakításra, hogy ő maga a hálózaton ebben az esetben sem okoz tranzienseket.the diodes "D11 and" DI2 "shown here are closed during operation. In the event of a short circuit, if the invention is built in this arrangement, the control unit "C" immediately switches off the insulated gate bipolar transistors "Q1" and "Q2", which results in the abovementioned abrupt voltage jump in both coils "NI" and "N2". In order to prevent this voltage increase due to the energy stored in the coil, the diodes "D11 and" DI2 are connected in parallel with the coil "NI" and "N2" of the twin choke, respectively, and are switched on in the opening direction when the bipolar transistors with insulated gate Q1 and Q2 are switched off. the total stored energy of the twin choke within the circuit is dissipated. This gives a circuit that can be abruptly interrupted without causing transients on the network itself in this case.

A ,,C vezérlőegység egy lehetséges blokkvázlata látható a 4. ábrán.A possible block diagram of the control unit ,, C is shown in Fig. 4.

A 4. ábrán látható „C vezérlőegység feladata az „Dl” és „U2 szilárdtest kapcsolóelemek, vagy a kapcsolóüzemben működő „Ql és ,,Q2 szigetelt kapujú bipoláris tranzisztorok előre programozott kies bekapcsolása annak függvényében, hogy „AV áramváltó áltai „C vezérlőegység „1 Áramváltó jelfeldolgozó és nuilátmenet-detekor részegységébe mekkora amplitúdójú jelet táplál be a „ 4 Kiértékelő és komparátor részegység valamint, hogy az „ 5 időmérő részegység milyen módon lett beállítva a felhasználó által.The function of the control unit "C" shown in Fig. 4 is to turn on the pre-programmed shutdown of the solid state switching elements "D1" and "U2" or the insulated gate bipolar transistors "Q1 and" Q2 operating in the switching mode, depending on whether the control unit "1" The amplitude of the signal fed to the current transformer signal processing and transient detector subassembly by the “4 Evaluation and Comparator subassembly” and how the “5 timing subassembly has been set by the user.

Amennyiben a „2 Parancskiadó részegység jelet kap az ,,5 Időmérő részegységtől, megfelelő jelformálást követően a „5 Gate meghajtó részegységbe küld jelet, amely kimenetéiről gyári specifikációjuknak megfelelő vezérlőjellel látja el „az „Dl és „U2 szilárdtest kapcsolóelemeket vagy a „Q.1 és„Q2 kapcsolóüzemben működő szigetelt kapujú bipoláris tranzisztorokat.If the "2 Command output unit receives a signal from the" 5 Timing component ", after appropriate signaling, it sends a signal to the" 5 Gate drive component, which outputs a control signal according to their factory specification "" D1 and "U2 solid state switches or" Q.1 and insulated gate bipolar transistors operating in switching mode Q2.

A „C vezérlőegység tartalmaz egy „3 Eseménytároió és visszajelző részegységet, is, melynek feladata az adatgyűjtés az esetleges hibákról, üzemidő számlálás és külső rendszerbe illeszthetőség.The "C" control unit also includes a "3 Event Storage and Feedback Unit", which is responsible for collecting data on possible faults, counting the operating time and integrating it into an external system.

A „C vezérlőegység az egyéb „KM Külső monitoring automatizálási rendszerekkel is kommunikál illetve a „VK” kioldásí visszajelzést szolgáltat a megszakításról.Control unit "C" also communicates with other "KM External monitoring automation systems" and "VK" provides trip feedback on the interruption.

A „C vezérlőegység a ,,KÁ / PR Külső állítás / Programozás bemeneteken keresztül programozható, beállítható.Control unit "C" can be programmed via the "DHW / PR External adjustment / programming inputs".

A „C vezérlőegységhez felhasználható PC, vagy integrált mikrokontroller, de megoldható konvencionális elektronikai alkatrészekkel is, valamint kifejezetten célfeladatra gyártott integrált áramkörök is felhasználhatóak.A PC or integrated microcontroller can be used for the “C” control unit, but it can also be used with conventional electronic components, as well as integrated circuits specially designed for the task.

Az áram mérésére használhatunk pl. áramváltót, haliszenzort vagy söntöt.It is possible to use e.g. current transformer, fish sensor or shunt.

A találmányunk szerinti megoldás egyben összetett zárlati illetve túláramkorlátozó és áramköri megszakító olyan integrált megoldása, amely zárlati túláramok esetén az áramváltozás gyorsaságát lassítja, nem engedi az áramot rögtön a zárlati értékéig felfutni valamint igen egyszerűen és gazdaságosan kivitelezhető. A felfutás ideje tetszőlegesen beállítható vagy változtatható bizonyos határok között az F ikerfojtó induktivitásával.The solution according to the invention is also an integrated solution of a complex short-circuit or overcurrent limiter and circuit breaker, which slows down the rate of current change in the event of short-circuit overcurrents, does not allow the current to rise immediately to short-circuit value and is very simple and economical. The rise time can be arbitrarily set or changed within certain limits by the inductance of the twin choke F.

Az ismert megoldásokkal szemben találmányunk a 3. ábrán látható kapcsolási elrendezésben képes a túláramot igen rövid idő alatt, pillanatkikapcsolással megszakítani,In contrast to the known solutions, the present invention is able to interrupt the overcurrent in a very short time with a momentary switch-off in the switching arrangement shown in Fig. 3.

A hirtelen megnövekvő zárlati áramok komoly gazdasági illetve életvédelmi kockázatot jelentenek bizonyos helyeken, legyen példának említve egy bánya, ilyen helyeken minimalizálni kell minden kockázati tényezőt. Találmányunk szerinti kapcsolási elrendezés megoldható minimális alkatrész felhasználással, mely mindenekelőtt a lehető legkisebbre csökkenti a hibalehetőséget és alkalmazása így gazdaságilag megengedhető beruházást jelent. Lényeges előnyeként jelentkezik, hogy normál állandósult üzemmódban veszteségmentes.Suddenly increasing short-circuit currents pose a serious economic or life-threatening risk in certain places, such as a mine, where all risk factors must be minimized. The switching arrangement according to the invention can be solved with the use of minimal components, which, above all, minimizes the possibility of error, and its application thus represents an economically permissible investment. A significant advantage is that it is lossless in normal steady state mode.

Claims

A circuit arrangement with a minimum component for an overtime limiting and interrupting device for the automatic protection of electrical equipment in an AC network, in which a control unit (C) to be connected to a current meter continuously sensing the AC current, two solid state switching elements (seat, U2), twin choke (F ), there are two mains connectors (A, 8), where the twin choke (F) consists of two coils (NI, N2) of exactly the same number of turns and of the same cross-section, located on a common iron core, one coil (NI) starting from connected to the end of another coil (N2) forms a common terminal of the twin choke (F), characterized in that one of the connectors (A) to be connected to the mains supply line of the network, the twin choke (F), the solid state connectors (U1, U2,> and the other) a connector (8) to be connected to the mains neutral in the same DC loop (D1) are connected in such a way that in the DC loop (D1) the connector (A) to be connected to the mains supply line of the network is connected to the common terminal of the twin choke (F), the terminal end of one coil (NI) of the twin choke (F) Ul) is connected to the negative corner, the positive corner of one coupling element (Ul) is connected to the negative corner of the other coupling element (U2) to form the other connector (B) to be connected to the neutral conductor, the other coupling element (U2) is the positive corner of the other coil of the twin choke (F) ), the control electrodes of the switching elements (U1, U2) are connected to the control signal output of the control unit (C).

Switching arrangement according to Claim 1, characterized in that the solid-state switching elements are insulated gate bipolar transistors (Q1, Gi2) and the coils (N1, N2) of the twin choke (F) are also connected in parallel to diodes (D11, DI2) connected in parallel. such that the anode of one diode (D11) is connected to the common terminal of the twin choke (F), its cathode is connected to the emitter forming the negative corner of one of the insulated gate bipolar transistors (Q.1), the cathode of the other diode (Dl2) is connected to the common terminal of the twin choke (Ff) , its anode is connected to the collector forming the positive corner of the other insulated gate bipolar transistor (Q2j.